تتكون المنشأة، المسماة JUNO، من خزان ضخم يحيط بمجموعة من أجهزة الكشف. تحتوي الحاوية على مادة تسبب وميضاً يتم تسجيلها في الكاشفات وبالتالي تتيح التعرف على حدث النيوترينو ونوعه وكتلته، حيث أن جزيئات النيوترينو تتغير إلى أنواع مختلفة عند تكوينها
في مختبر النيوترينو العملاق تحت الأرض في الصين، أصبحت منشأة تسمى JUNO جاهزة للعمل. والغرض منه هو دراسة كتلة النيوترينوات، وهي جسيمات أولية صغيرة وغامضة موجودة في الكون. ومن المتوقع أن تساعد المحطة في جيانغمن في حل لغز الترتيب الكتلي للنيوترينو، أي تحديد نوع النيوترينو الأثقل.
تم تصميم كاشف النيوترينو الخاص بـ JUNO لرصد النيوترينوات القادمة من محطات الطاقة النووية القريبة، وكذلك من مصادر طبيعية أخرى مثل الشمس والعمليات الجيولوجية داخل الأرض. أساس تقنيتها هو كاشف على شكل كرة يبلغ قطرها 35 مترا، وهو عبارة عن حاوية تزن 20 ألف طن، يوجد بداخلها سوائل وامضة. ويصدر هذا السائل الضوء عندما تخترقه جزيئات النيوترينو وتصطدم بالذرات الموجودة داخل السائل، مما يسمح للكاشف بتسجيل الأحداث.
من المطلوب أن تكون تكنولوجيا كاشفات النيوترينو مثل JUNO حساسة بشكل خاص، نظرًا لأن جزيئات النيوترينو تتفاعل قليلاً مع المواد الأخرى. وفي الواقع فإن الكثير منها يمر عبر الأرض دون أي تفاعل. للكشف عن تلك الجسيمات التي تمر عبر السائل، من الضروري اختبار وميض السائل للتأكد من خلوه من الشوائب، بحيث تكون أنسجة الخلفية المشعة منخفضة قدر الإمكان.
تم تركيب الآلاف من أجهزة كشف الفوتون المتقدمة (صائدي الفوتون) حول الخزان بهدف اكتشاف الضوء المنبعث من جهاز الوميض بسبب التفاعل مع النيوترينوات. يتم تسجيل كل تذبذب للضوء ويسمح تحليل البيانات للباحثين باستخلاص معلومات حول النيوترينو، مثل الطاقة واتجاه الحركة والهوية.
يتم نقل المعلومات المجمعة للتحليل في أنظمة الكمبيوتر المتقدمة. وباستخدام النماذج الرياضية والفيزيائية، يقوم العلماء بتحليل البيانات واستخلاص استنتاجات حول خصائص النيوترينو، مثل ترتيب الكتلة والمظهر المختلف لأنواع النيوترينو (التكوين).
ستتلقى جونو النيوترينوات من مصادر مختلفة، ولكن بشكل أساسي من محطتين للطاقة النووية تقعان على بعد أكثر من 50 كيلومترًا من المنشأة. وهذه النيوترينوات هي جزء من الإشعاع المنبعث أثناء عملية الانشطار النووي في المحطات. وبفضل المسافة الثابتة والمعروفة مسبقاً، يستطيع العلماء حساب احتمالية حدوث تغير في نوع النيوترينو أثناء تحركه من المصدر إلى الكاشف. وهذا يسمح لفريق البحث بفحص سلوك جسيمات النيوترينو على مسافة ما، ومعرفة سلوكها، والتأكد من الافتراضات النظرية حول طريقة تغير نوع إلى آخر.
تعد النيوترينوات جزءًا من النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات، لكن كتلتها ونطاقاتها تمثل لغزًا أساسيًا في الكون. ومن خلال فك رموز الترتيب الكتلي لجزيئات النيوترينو، سيكون مشروع JUNO قادرًا على المساهمة في فهم هذه الخصائص وتحسين فهمنا الشامل للكون.
في عالم أبحاث فيزياء الجسيمات والفيزياء الفلكية، تسمح مرافق الكشف عن النيوترينو للباحثين بمعالجة بعض الأسئلة الأكثر أهمية حول الكون. تعد JUNO واحدة من أهم المرافق على الساحة الدولية، ولكن هناك منشآت أخرى تواجه تحديات مماثلة أو تحقق في الأسئلة ذات الصلة باستخدام تقنيات أخرى. ومن أبرزها ما يلي:
سوبر كاميوكاندي (سوبر-ك)
يقع Super-K في اليابان، وهو أحد مرافق أبحاث النيوترينو الرائدة في العالم. إنه كاشف للنيوترينو تحت الماء يعمل منذ عام 1996. في الواقع، ساهمت اكتشافات النيوترينو Super-K بدليل حاسم على أن النيوترينوات لها كتلة، مما أدى إلى جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2015.
مرصد آيس كيوب نيوترينو
يقع آيس كيوب جنوب القطب الجنوبي، وهو عبارة عن كاشف نيوترينو واسع النطاق يعتمد على الجليد. وهو مصمم لاكتشاف النيوترينوات الكونية عالية الطاقة من النيوترينوات الناشئة في الغلاف الجوي للأرض أو الشمس. يلقي IceCube الضوء على العمليات الفيزيائية الفلكية البعيدة في الكون، وقد تم استخدامه للكشف عن المصادر الخارجية للنيوترينوات الكونية.
T2K (من توكاي إلى كاميوكا)
منشأة أخرى في اليابان، T2K، هي تجربة تكشف النيوترينوات التي يتم إرسالها من منشأة في توكاي إلى كاشف في كاميوكا، لقياس التحولات بين أنواع النيوترينوات، وتقدم هذه التجربة نظرة ثاقبة لتحولات النيوترينوات أثناء حركتها في الفضاء، والتي يسمح للباحثين بمعرفة المزيد عن الخصائص الأساسية لهذه الجسيمات. ومن المتوقع أن يبدأ تشغيل هذه المنشأة في عام 2027.
DUNE (تجربة النيوترينو العميقة تحت الأرض)
يهدف كاشف DUNE، الذي هو قيد الإنشاء حاليًا في الولايات المتحدة، إلى أن يكون واحدًا من أكبر منشآت النيوترينو وأكثرها تطورًا في العالم. ومع موقعها المستقبلي في أعماق مرفق أبحاث سانفورد تحت الأرض في داكوتا الجنوبية، فإن هدف DUNE هو تحليل النيوترينوات القادمة من مسرع الجسيمات فيرميلاب في إلينوي على بعد حوالي 1300 كيلومتر. تم تصميم DUNE للتحقيق في عمليات الانقسام والدمج لجزيئات النيوترينو وتقديم نظرة ثاقبة حول التماثل بين المادة والمادة المضادة، بالإضافة إلى دور جزيئات النيوترينو في التطور الكوني.
تساهم كل من هذه المرافق، إلى جانب JUNO، في تفردها في مجموعة المعرفة العلمية حول جزيئات النيوترينو وتفتح نافذة لفصول جديدة في فهم الكون.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
